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cosmología

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Escrito por Enunlugarenelcosmos 29-04-2017 en ciencia. Comentarios (0)

El Gran Desgarramiento, llamado en inglés Big Rip, es una hipótesis cosmológica sobre el destino final del universo.

El cumplimiento de esta hipótesis depende de la cantidad de energía oscura en el universo. Si el universo contiene suficiente energía oscura, podría acabar en un desgarramiento de toda la materia. El valor clave es la razón entre la presión de la energía oscura y su densidad energética (w). Si su valor es tal que w > - 1 acabaría por ser desgarrado. Primero, las galaxias se separarían entre sí, a 1000 millones de años del final. Luego la gravedad sería demasiado débil para mantener integrada cada galaxia, y 60 millones de años antes del fin, solo habría estrellas aisladas. Aproximadamente tres meses antes del fin, los sistemas planetarios perderían su cohesión gravitatoria. En los últimos minutos, se desbaratarían estrellas y planetas. El universo quedaría en átomos, pero no se habría acabado todo. Los átomos serían destruidos en una fracción de segundo antes del fin del tiempo y solo quedaría radiación. El universo sería como el Big Bang pero casi infinitamente menos denso.

A diferencia del Big Crunch, en el que todo se condensa en un solo punto, en el Big Rip el Universo se convertiría en partículas subatómicas flotantes que permanecerían para siempre separadas, sin cohesión gravitatoria ni energía alguna.

Debido a que la materia (barionica y materia oscura) solo representa el 27 % del universo y el 73 % restante está formado por la energía oscura, una energía que se opone a la gravitatoria, el Big Rip parece ser una de las teorías más aceptadas en la actualidad del fin del universo.

Más info en el siguiente enlace: https://www.youtube.com/watch?v=cuXpMNAKt0Y


Nucleosíntesis primordial secuencia

Escrito por Enunlugarenelcosmos 23-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

La nucleosíntesis del Big Bang empieza sobre un minuto después del Big Bang, cuando el Universo se ha enfriado lo suficiente como para formar protones y neutrones estables después de la bariogénesis. Las abundancias relativas de estas partículas siguen los argumentos termodinámicos sencillos, combinados con el hecho de que la temperatura media del Universo cambia a través del tiempo (si las reacciones necesarias para alcanzar el termodinámicamente favorecido equilibrio, los valores son demasiado pequeños comparados con los cambios de temperatura provocados por la expansión, las abundancias permanecerían en algún valor específico sin equilibrio). Combinando la termodinámica y los cambios traídos en la expansión cósmica, se puede calcular la fracción de protones y neutrones basada en la temperatura en este punto. Esta fracción favorece a los protones, porque las grandes masas de neutrones resultan de la conversión de neutrones a protones con una vida media de unos 15 minutos. Una característica de la Nucleosíntesis es que las leyes y las constantes físicas que gobiernan el comportamiento de la materia a estos niveles de energía están muy bien comprendidos e incluso la Nucleosíntesis carece de las incertidumbres especulativas que caracterizan los primeros periodos en la vida del Universo. Otra característica es que el proceso de nucleosíntesis está determinado por las condiciones en las que empezó esta fase de la vida del Universo, haciendo que lo que ocurriera antes fuera irrelevante.

Según se expande el Universo, se enfría. Los neutrones libres y los protones son menos estables que los núcleos de Helio y los protones y neutrones tienen una fuerte tendencia a formar He-4. Sin embargo, el He-4 antiguo necesita el paso intermedio de formar el deuterio. En ese momento en que ocurre la nucleosíntesis, la temperatura es suficientemente alta para la energía media por partícula para ser mayor que la energía de enlace del deuterio. Además, cualquier deuterio que se formara se destruiría inmediatamente (una situación conocida como el cuello de botella del deuterio). Así, la formación de He-4 se retrasa hasta que el Universo se vuelva lo suficientemente frío como para formar deuterio, cuando hay una ráfaga repentina de formación de elementos. Poco después, tres minutos después del Big Bang, el Universo está demasiado frío para que ocurra cualquier fusión nuclear. En este punto, las abundancias elementales son fijadas y sólo cambian como productos de la radioactividad de la descomposición de la Nucleosíntesis (como el tritio).

En estos momentos (era leptónica), el Universo era una mezcla de diferentes partículas, donde la proporción aproximada entre bariones y fotones era η = 10^-10. En esta fase, el ritmo de expansión del Universo era mayor que las escalas de tiempo de las diversas interacciones (electromagnética, fuerte o débil) y por tanto las reacciones nucleares se llevaban a cabo tanto en un sentido como en otro, y se mantenía por tanto el equilibrio entre especies. Cuando el ritmo de expansión es inferior a alguna interacción se produce el desacoplamiento. A los 0,1 segundos el Universo se había enfriado hasta una temperatura de 3·10^10 K. El tiempo característico de las interacciones débiles es proporcional a T^5, y por tanto menos sensible a los cambios de temperatura: los neutrinos dejaron de estar en equilibrio y se desacoplaron, comenzando a expandirse adiabáticamente a una temperatura inversamente proporcional al tamaño del Universo. Otras formas de interacción débil, como neutrón + positrón <--> protón + antineutrino aún eran suficientemente rápidas como para mantener un equilibrio entre neutrones y protones. Otros autores han sugerido escenarios alternativos.

La existencia de inhomogeneidades habría tenido una enorme repercusión en la nucleosíntesis primordial. Un segundo después del Big Bang (T = 10^10 K), las reacciones que mantenían el equilibrio entre neutrones y protones se volvieron más lentas que la expansión. La proporción n/p se congeló en torno a 0,18. De esta manera, el mayor contenido de protones daría como resultado la abundancia de hidrógeno y helio. A los 10 segundos, con T = 3·10^9 K, los fotones dejaron de ser lo suficientemente energéticos para crear pares electrón-positrón. Se produjo una aniquilación de pares que dio lugar a una proporción de un electrón por cada 10^9 fotones. Éste fue el fin de la era leptónica, dando lugar a la era de la radiación, que duró hasta unos 372.000 años de media tras el Big Bang, comenzando hacia 257.000 años hasta pasados los 487.000, momento en el que la materia y la energía se desacoplaron completamente, a una temperatura de unos 3000 K, y produjeron la radiación de fondo, que actualmente, debido al desplazamiento al rojo, tiene una temperatura de antena de unos 2,7 K.

Durante la era de la radiación no se pudo producir deuterio u otros núcleos más pesados, hasta que la temperatura descendió a 9·10^8 K , unos 200 segundos después del Big Bang. En este momento la síntesis del deuterio se produjo en cantidades apreciables y comenzó la nucleosíntesis primordial. El deuterio se combinó con los protones, dando lugar al 3He. Poco después la mayor parte de neutrones se integraron dando lugar al 4He. Con una proporción n/p = 0,15, ligeramente tras la 'congelación', la proporción entre el hidrógeno y el 4He es de 3 a 1. Tal y como anticiparon Enrico Fermi y sus colaboradores, como hay núcleos atómicos estables de masa atómica 5 y 8, la actividad nuclear se detuvo en el 4He, debido a que la combinación de las dos especies más abundantes, hidrógeno y 4He producen un núcleo inestable de masa atómica 5.

La síntesis finalizó 1000 segundos después del Big Bang, a una temperatura de 3·10^8 K. Posteriormente, la desintegración del tritio en 3He, mientras los núcleos atómicos de masa 7 acabaron transformados en 7Li, produjeron un Universo compuesto mayoritariamente por hidrógeno y 4He, con trazas de deuterio, 3He y 7Li. El resto de elementos de la tabla periódica se sintetizaron posteriormente mediante procesos de nucleosíntesis estelar, auténticos hornos nucleares. Wikipedia

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Cuerdas cósmicas

Escrito por Enunlugarenelcosmos 23-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

Las cuerdas cósmicas son defectos topológicos hipotéticos de primera dimensión que pueden haberse formado durante una transición de fase de ruptura de simetría en el universo temprano cuando la topología del múltiple de vacío asociado a este rompimiento de simetría no fue un conjunto simplemente conexo. Se espera que se forme al menos una cadena por volumen de Hubble . Su existencia fue contemplada por primera vez por el físico teórico Tom Kibble en los años setenta.

Son objetos unidimensionales, similares a las líneas de vórtices en el helio líquido, que pueden ser un remanente del Universo temprano después de que sufriese una transición de fase. Las cuerdas cósmicas fueron un tema popular de investigación en los 80 ya que se supone que pudieron iniciar la formación de grandes estructuras como las galaxias. La formación de cuerdas cósmicas es algo análoga a las imperfecciones que se forman entre los granos de cristal en los líquidos que se solidifican, o las grietas que se forman cuando el agua se congela en hielo. Las transiciones de fase que conducen a la producción de cadenas cósmicas probablemente hayan ocurrido durante los primeros momentos de la evolución del universo, justo después de la inflación cosmológica y son una predicción bastante genérica tanto en teoría de campos cuánticos como en modelos de teoría de cuerdas del universo primitivo.

Según las nuevas teorías el Universo puede haber sido creado a partir de unas cuerdas cósmicas: hilos invisibles más delgados que un átomo, terriblemente energéticos – pues la energía del Big Bang está en su interior – y desconcertantemente excéntricos en su comportamiento. Los hilos estarían repartidos de modo disperso, como una madeja de hilo desenrollado a lo largo y ancho del cosmos, y se moverían a una velocidad cercana a la luz.

En la teoría de cuerdas, el papel de las cuerdas cósmicas puede ser interpretado por las cuerdas fundamentales (o cuerdas F) que definen la teoría perturbativamente , por las cuerdas D que están relacionadas con las cuerdas F por la débil o fuerte llamada Dualidad-S , O D-Brana de más alta dimensión que están parcialmente envueltos en ciclos compactos asociados a dimensiones extra espacio-temporales de manera que sólo queda una dimensión no compacta.

El ejemplo prototípico de una teoría cuántica de campos con cuerdas cósmicas es el Mecanismo de Higgs. Se espera que la teoría del campo cuántico y las cuerdas cósmicas de la teoría de cuerdas tengan muchas propiedades en común, pero se necesita más investigación para determinar las características distintivas precisas. Las cuerdas F, por ejemplo, son completamente mecánicas cuánticas y no tienen una definición clásica, mientras que las cuerdas cósmicas de la teoría de campo se tratan casi exclusivamente clásicamente. Wikipedia.

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Cosmología de branas

Escrito por Enunlugarenelcosmos 18-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

La cosmología de branas se refiere a varias teorías de la física de partículas y de la cosmología motivadas por la teoría de supercuerdas y teoría M.

La idea central es que la parte visible de nuestro universo de cuatro dimensiones está limitada a una brana dentro de un espacio de dimensionalidad superior llamado el "Bulk", o “Mole“ o “Bulto“ en español. Las dimensiones adicionales, compactas, están enrolladas en un espacio de Calabi-Yau. En el modelo del "bulk", otras branas pueden estar moviéndose a través del bulk. Interacciones con el Bulk, y posiblemente con otras branas, pueden influenciar nuestro universo-brana y de allí que puede introducir efectos no vistos en más modelos cosmológicos estándar.

Esta es una de las características atractivas de esta teoría, en la que explica del porque la debilidad de la gravedad lo es con respecto al resto de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, solventando el llamado problema de jerarquía. En el escenario de branas, las otras tres fuerzas de la naturaleza, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte, están confinadas como cuerdas ancladas a nuestra 3-brana universo, difiriendo la gravedad, que se piensa sea como una cuerda cerrada no anclada, y por lo tanto, gran parte de su fuerza atractiva "filtra" o se escapa al "bulk". Como consecuencia de ello, la fuerza de la gravedad debe aparecer con más fuerza en las pequeñas escalas, donde menos fuerza gravitacional se ha "filtrado".

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Universo ecpirótico

Escrito por Enunlugarenelcosmos 15-03-2017 en ciencia. Comentarios (0)

El universo ecpirótico, o escenario ecpirótico, es un modelo cosmológico del origen y la configuración del universo, dentro de los modelos cíclicos, defendido por los científicos Neil Turok y Paul Steinhardt.

El nombre proviene del término estoico ekpyrosis que significa conflagración o, en el uso estoico, "conversión en fuego". Con el significado de "disolución del universo en el fuego", en la filosofía estoica, la ekpyrosis, el fuego cósmico que todo lo envuelve, representa la fase contractiva de un ciclo eterno de destrucción y resurgimiento.

El modelo ecpirótico del universo es una alternativa al modelo de la inflación cósmica estándar para el universo primitivo; ambos modelos acomodan el modelo estándar del Big Bang Lambda-CDM de nuestro universo. El modelo ecpirótico es precursor y forma parte de algunos modelos cíclicos.

El modelo ecpirótico surgió del trabajo de los científicos Neil Turok y Paul Steinhardt y mantiene que el universo no comenzó en una singularidad, sino que surgió de la colisión de dos branas. Esta colisión evita la singularidad primigenia y la expansión superluminal del espacio-tiempo, preservando las fluctuaciones de densidad casi a escala libre y otras características del universo observado. El modelo ecpirótico es cíclico, aunque las colisiones entre branas son raras en la escala de tiempo de la expansión del universo hasta una extensión plana y casi sin rasgos distintivos. Las observaciones que distinguen entre los modelos ecpirótico e inflacionario incluyen la polarización de la radiación de fondo de microondas cósmico y la distribución de frecuencias del espectro de ondas gravitacionales.

La hipótesis ecpirótica no está libre de problemas. Entre ellos está la falta de entendimiento entre los especialistas en la teoría de cuerdas, dado que el escenario ecpirótico utiliza algunas ideas esenciales de dicha teoría, sobre todo las múltiples dimensiones, las branas y la orbivariedad u orbifold. Cuenta además el hecho evidente de no saberse qué podría suceder en realidad al chocar dos branas entre sí. La teoría de cuerdas, por otra parte, no está aceptada por toda la comunidad científica.

Imagen: Branas y materia oscura. En la teoría del mundo-brana del universo ecpirótico, la materia oscura no es más que la fuerza de la gravedad de otra brana y de la materia en ella contenida, cercana pero no detectable, formada por cuerdas cósmicas.

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